為定量化研究植物的生長規律，從60年代中期開始，研究人員就開始了植物生長的模擬研究。所建立的模型通過對植物生理生態過程的模擬，能夠預測不同環境條件下生長的植物的某些綜合指標，如作物的產量、牧草的生物量，葉面積指數動態，器官的生物量、數量等，而在植物形態結構和環境因素的時空變異對植物生長的影響等方面進行了簡化處理。這類模型與專家系統結合，對農業生產等領域具有重要的指導意義，但對於一些新的套用領域，已難以滿足要求。
以農田系統為例，農田小尺度範圍內的環境條件、作物生長便有著明顯的時空變異性，近年來迅速發展起來的精確農業就是基於這種差異性而誕生的。就水分而言，由於土壤條件、作物冠層和根系的形態結構在小尺度範圍內便有著很大的時空變異，這些變異對根系吸水、土面蒸發、作物蒸騰都有著很大的影響，而生理生態模型在處理植物和土壤的時空變異性方面進行了較大的簡化，難以對農田水分的運動與轉化實現精確定量化研究。
近年來由植物學、農學、生態學、數學、計算機圖形學等諸多學科交叉而迅速發展起來的虛擬植物模型，則具有滿足這類需求的潛力；一般而言，生理生態模型具有容易獲取參數、對計算機性能要求不高等優點，適宜於產量預測、土地生產力評價等方面的套用；而虛擬植物模型的參數較複雜、對計算機性能要求較高，在空間解析度要求高、與植物形態結構相關的領域套用更具有優勢，在精確農業、生態系統物能流空間規律研究、植物生長狀況遙感監測、園林設計、虛擬教學等眾多領域具有廣闊的套用前景。
虛擬模型構建的步驟：
1.模擬植株的拓撲結構，得到植株上各種類型器官的個數和位置關係
2.各個器官的幾何形態和各自的空間取向
3.實現植株的可視化----可視化系統
